ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

Seguramente ya habías escuchado sobre los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, existe un cuarto estado denominado plasma y un quinto estado, el Condensado de Bose-Einstein.

Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO₂ en estado gaseoso:

Los Sólidos:  En los sólidos, las partículas están unidas por fuerzas de atracción muy grandes, por lo que se mantienen fijas en su lugar; solo vibran unas al lado de otras.

Propiedades:

- Tienen forma y volumen constantes.
- Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
- No se pueden comprimir, pues no es posible reducir su volumen presionándolos.
- Se dilatan: aumentan su volumen cuando se calientan, y se contraen: disminuyen su volumen cuando se enfrían.

Los líquidos: las partículas están unidas, pero las fuerzas de atracción son más débiles que en los sólidos, de modo que las partículas se mueven y chocan entre sí, vibrando y deslizándose unas sobre otras.

Propiedades:

- No tienen forma fija pero sí volumen.

- La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.

- Los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene.

- Fluyen o se escurren con mucha facilidad si no están contenidos en un recipiente; por eso, al igual que a los gases, se los denomina fluidos.
- Se dilatan y contraen como los sólidos.

Los gases: En los gases, las fuerzas de atracción son casi inexistentes, por lo que las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven rápidamente y en cualquier dirección, trasladándose incluso a largas distancias.

Propiedades:

- No tienen forma ni volumen fijos.
- En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.
- El gas adopta el tamaño y la forma del lugar que ocupa.
- Ocupa todo el espacio dentro del recipiente que lo contiene.
- Se pueden comprimir con facilidad, reduciendo su volumen.
- Se difunden y tienden a mezclarse con otras sustancias gaseosas, líquidas e, incluso, sólidas.
- Se dilatan y contraen como los sólidos y líquidos.

Plasma: Existe un cuarto estado de la materia llamado plasma, que se forman bajo

temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos dispersos.

El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.
Un ejemplo de plasma presente en nuestro universo es el sol.
 

Otros ejemplos:

Plasmas terrestres:

- Los rayos durante una tormenta.

- El fuego.

- El magma.

- La lava.

- La ionosfera.

- La aurora boreal.

Plasmas espaciales y astrofísicos: 

- Las estrellas (por ejemplo, el Sol).

- Los vientos solares.

- El medio interplanetario (la materia entre los planetas del Sistema Solar), el medio interestelar (la materia entre las estrellas) y el medio intergaláctico (la materia entre las galaxias).

- Los discos de acrecimiento.

- Las nebulosas intergalácticas.

- Ambiplasma

 Estado Condensado de Bose-Einstein: Representan un quinto estado de la

materia visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien predijo su existencia hacia 1920. Los condensados B-E son superfluídos gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (-273 ° C  o −459,67 °F). 

En este estado, todos los átomos de los condensados alcanzan el mismo estado mecánico-quantum y pueden fluir sin tener ninguna fricción entre sí. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental.

CAMBIOS DE ESTADO:

En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la Tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en el Universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si se descarta la materia oscura).

Cambios de estado de agregación de la materia

Son los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia:

·        Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.

·        Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

·        Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión continuar calentándose el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

·        Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

·        Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

·        Desionización: Es el cambio de un plasma a gas.

·        Ionización: Es el cambio de un gas a un plasma.

Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias, éstas no se transforman en otras sustancias, solo cambia su estado físico.

Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente.

Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.

·        Cambios progresivos: Vaporización, fusión y sublimación progresiva.

·        Cambios regresivos: Condensación, solidificación y sublimación regresiva

La siguiente tabla indica cómo se denominan los cambios de estado:

Inicial\Final	Sólido	Líquido	Gas
Sólido		fusión	sublimación, sublimación progresiva o sublimación directa
Líquido	solidificación		evaporación o ebullición
Gas	sublimación inversa, regresiva o deposición	condensación y licuefacción (licuación)

También se puede ver claramente con el siguiente gráfico:

 ELASTICIDAD

Elasticidad. Término que se utiliza para hacer referencia a aquella capacidad de la física que permite que algunos elementos cambien su forma de acuerdo a si están bajo estrés físico (es decir, estiramiento) o a si están en su posición de reposo. Se aplica a varios elementos tanto naturales como artificiales.

Definición

Términos mecánicos

Esta propiedad significa que el elemento en sí tiene una forma, un tamaño y un determinado tipo de rasgos en estado de reposo que varían al ser estirados o puestos bajo tensión. Un ejemplo claro de elasticidad es una banda elástica que está hecha de goma, (un material ciertamente elástico), mientras que en reposo posee una forma y un tamaño específico, bajo tensión la misma se puede agrandar, torcer, arrugar, etc.

Algunos materiales tienen la propiedad de ser particularmente elásticos y por tanto son utilizados para la elaboración de productos en los cuales esta propiedad es útil (por ejemplo, algunos tejidos que deben adaptarse a la forma del cuerpo de una persona).

Los materiales no deformables se les llama inelástico (arcilla, plastilina y masa de repostería). El plomotambién es inhelástico, porque se deforma con facilidad de manera permanente. Si se estira o se comprime más allá de cierta cantidad, ya no regresa a su estado original, y permanece deformado, a esto se le llama límite elástico.

Muchos elementos como por ejemplo el papel, el vidrio (en estado frío), el cartón, la cerámica son elementos que no poseen elasticidad alguna y que ante la situación de tensión o de golpe se destruyen, perdiendo su forma original, no pudiendo ser rearmados naturalmente.

Se utiliza el Flexómetro como aparto para medir la elasticidad y resistencia al desgaste de los tejidos. Para determinar su valor, se utiliza la Ley de Hooke, la cual tiene en cuenta que la cantidad de estiramiento o de compresión (cambio de longitud), es directamente proporcional a la fuerza aplicada (F= - K x), siendo F la fuerza resistente del sólido, K es la constante de proporcionalidad o de elasticidad y X es la deformación, el signo ( - ) en la ecuación se debe a la fuerza restauradora que tiene sentido contrario al desplazamiento. La fuerza se opone o se resiste a la deformación. Las unidades son: Newton/metro (New/m) y Libras/pies (Lb/p).

HIDROSTATICA

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición

Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez .

Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas.

Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes .

Principio de Pascal

En física, el principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662).

El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobre un fluido no compresible contenido en un recipiente indeformable se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y a todas partes del recipiente.

Este tipo de fenomeno se puede apreciar, por ejemplo en la prensa hidráulica la cual funciona aplicando este principio.

Definimos compresibilidad como la capacidad que tiene un fluido para disminuir el volumen que ocupa al ser sometido a la acción de fuerzas. 

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sólido sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba con una fuerza  igual al peso del volumen de fluido desalojado.

El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

Propiedades de los fluidos

Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento.

Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido. 

Propiedades primarias o termodinámicas:

Densidad

Presión

Temperatura

Energía interna

Entalpía

Entropía

Calores específicos 

Propiedades secundarias

Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

Viscosidad

Conductividad térmica

Tensión superficial

Compresión

Densidad o masa específica 

La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. Se denomina con la letra ρ. En el sistema internacional se mide en kilogramos / metro cúbico.

Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es:

Donde

ρ: densidad de la sustancia, Kg/m ³

m: masa de la sustancia, Kg

V: volumen de la sustancia, m ³

en consecuencia la unidad de densidad en el Sistema Internacional será kg/m ³ pero es usual especificar densidades en g/cm ³ , existiendo la equivalencia

1g cm ³ = 1.000 kg/ m ³ .

La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido.

PRESIÓN

La presión (símbolo p)^1 2 es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton (N) actuando uniformemente en un metro cuadrado (m²). En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

Definición

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:

$$

$$

PRESIÓN HIDROSTATICA

Es la presión que ejerce un líquido en reposo, sobre un cuerpo sumergido dentro de él. Esta presión se origina debido al peso del líquido que actúa sobre el área o superficie del cuerpo. Para deducir una fórmula que permita evaluar la presión de un líquido (P_L) sobre un cuerpo sumergido, a una distancia h del nivel superior (altura del fluido), analicemos la siguiente figura:

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.

Agua de mar: fluido salobre.

Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez .

Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas.

Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes .

Principio de Pascal

En física, el principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662).

El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobre un fluido no compresible contenido en un recipiente indeformable se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y a todas partes del recipiente.

Este tipo de fenomeno se puede apreciar, por ejemplo en la prensa hidráulica la cual funciona aplicando este principio.

Definimos compresibilidad como la capacidad que tiene un fluido para disminuir el volumen que ocupa al ser sometido a la acción de fuerzas. 

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sólido sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba con una fuerza  igual al peso del volumen de fluido desalojado.

El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

Propiedades de los fluidos

Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento.

Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.

Propiedades primarias o termodinámicas:

Densidad

Presión

Definimos viscosidad como la mayor o menor dificultad para el deslizamiento entre las partículas de un fluido.

Temperatura

Energía interna

Entalpía

Entropía

Calores específicos

Propiedades secundarias

Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

Viscosidad

Conductividad térmica

Tensión superficial

Compresión

Densidad o masa específica 

Densidad de fluidos: cantidad de masa por volumen.

La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. Se denomina con la letra ρ. En el sistema internacional se mide en kilogramos / metro cúbico.

Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es:

Donde

ρ: densidad de la sustancia, Kg/m 3

m: masa de la sustancia, Kg

V: volumen de la sustancia, m 3

en consecuencia la unidad de densidad en el Sistema Internacional será kg/m 3 pero es usual especificar densidades en g/cm 3 , existiendo la equivalencia

1g cm 3 = 1.000 kg/ m 3 .

La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido. 

Peso específico

Presión hidrostática.

El peso específico de un fluido se calcula como su peso por unidad de volumen (o su densidad por g).

En el sistema internacional se mide en Newton / metro cúbico.

Presión hidrostática

En general, podemos decir que la presión se define como fuerza sobre unidad de superficie, o bien que la presión es la magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza sobre la superficie en la cual está aplicada.

Si una superficie se coloca en contacto con un fluido en equilibrio (en reposo) el fluido, gas o líquido, ejerce fuerzas normales sobre la superficie.

Entonces, presión hidrostática, en mecánica, es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

Si la fuerza total (F) está distribuida en forma uniforme sobre el total de un área horizontal (A), la presión (P) en cualquier punto de esa área será

P: presión ejercida sobre la superficie, N/m 2

F: fuerza perpendicular a la superficie, N

A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m 2

Mismo nivel, misma presión.

Ahora bien, si tenemos dos recipientes de igual base conteniendo el mismo líquido (figura a la izquierda) , veremos que el nivel del líquido es el mismo en los dos recipientes y la presión ejercida sobre la base es la misma.

Presión solo sobre la base.

Eso significa que:

La presión es independiente del tamaño de la sección de la columna: depende sólo de su altura (nivel del líquido) y de la naturaleza del líquido (peso específico).

Esto se explica porque la base sostiene sólo al líquido que está por encima de ella, como se grafica con las líneas punteadas en la figura a la derecha.

La pregunta que surge naturalmente es: ¿Qué sostiene al líquido restante?

Y la respuesta es: Las paredes del recipiente. El peso de ese líquido tiene una componente aplicada a las paredes inclinadas.

La presión se ejerce solo sobre la base y la altura o nivel al cual llega el líquido indica el equilibrio con la presión atmosférica.

Ver: PSU: Física; Pregunta 13_2005(2)

Presión y profundidad

La presión en un fluido en equilibrio aumenta con la profundidad, de modo que las presiones serán uniformes sólo en superficies planas horizontales en el fluido.

Por ejemplo, si hacemos mediciones de presión en algún fluido a ciertas profundidades la fórmula adecuada es

Es decir, la presión ejercida por el fluido en un punto situado a una profundidad h de la superficie es igual al producto de la densidad d del fluido, por la profundiad h y por la aceleración de la gravedad.

Si consideramos que la densidad del fluido permanece constante, la presión, del fluido dependería únicamente de la profundidad. Pero no olvidemos que hay fluidos como el aire o el agua del mar, cuyas densidades no son constantes y tendríamos que calcular la presión en su interior de otra manera.

Unidad de Presión

En el sistema internacional la unidad es el Pascal (Pa) y equivale a Newton sobre metro cuadrado.

La presión suele medirse en atmósferas (atm); la atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio o 14,70 lbf/pulg 2 (denominada psi).

La tabla siguiente define otras unidades y se dan algunas equivalencias.

"PRENSA HIDRAULICA"

Fundamentos físicos

Tenemos dos émbolos de sección circular de radio r₁ a la izquierda y de radio r₂ a la derecha. Con el puntero del ratón ponemos pesas (pequeños cuadrados de color rojo) de 250 g sobre cada uno de los émbolos. Si ponemos pesas en uno de los émbolos este bajará y subirá el otro émbolo.

Émbolos a la misma altura

Se aplica una fuerza F₁ a un pequeño émbolo de área S₁. El resultado es una fuerza F₂ mucho más grande en el émbolo de área S₂. Debido a que la presión es la misma a la misma altura por ambos lados, se verifica que


Para mantener a la misma altura los dos émbolos, tenemos que poner un número de pesas sobre cada émbolo de modo que se cumpla la relación dada en el apartado anterior.

Donde n₁ y n₂ es el número de pesas que se ponen en el émbolo izquierdo o derecho respectivamente, r₁ y r₂ son sus radios respectivos, m es la masa de cada pesa que se ha fijado en 250 g.
Ejemplo:
Si r₂ es el doble de r₁, el área S₂ del émbolo de la derecha es cuatro veces mayor que el área S₁ del émbolo de la izquierda. Para que los émbolos estén a la misma altura, a la derecha tenemos que poner cuatro veces más de pesas que a la izquierda.
r₂=2r₁ entonces S₂=4S₁ luego, n₂=4n₁

Émbolos a distinta altura

Un ejercicio interesante, es el de determinar la altura de ambas columnas de fluido cuando se ponen n₁ pesas en el émbolo de la izquierda y n₂ pesas en el émbolo de la derecha.
Sean A y B dos puntos del fluido que están a la misma altura. El punto A una profundidad h₁ por debajo del émbolo de área S₁ y el B situado h₂ por debajo del émbolo de área S₂.

La presión en cada uno de dichos puntos es la suma de tres términos

• La presión atmosférica
• La presión debida a la columna de fluido
• La presión debida a las pesas situadas sobre el émbolo

Para determinar h₁ y h₂ en función de los datos n₁ y n₂, precisamos de dos ecuaciones
La primera ecuación es p_A=p_B
La segunda ecuación, nos indica que el fluido incomprensible pasa de un recipiente al otro, pero el volumen V de fluido permanece invariable. Por ejemplo, si h₁ disminuye,h₂ aumenta. Como consecuencia, el fluido pasa del recipiente izquierdo al derecho, hasta que se establece de nuevo el equilibrio.

Donde h₀ es la altura inicial de equilibrio.
Ejemplo:
Ponemos tres pesas en el émbolo de la izquierda, y ninguna pesa en el émbolo de la derecha, n₁=3, n₂=0. El émbolo izquierdo baja y sube el émbolo derecho.

• Sea el radio del émbolo de la izquierda r₁=5 cm=0.05 m
• El radio del émbolo de la derecha r₂=10 cm=0.1 m
• La altura inicial de equilibrio es h₀=20 cm=0.2 m
• La densidad del agua es ρ=1000 kg/m³
• La masa m de cada una de las pesas es 250 g=0.25 kg.
• La presión atmosférica p₀ se simplifica en la primera ecuación

Para hallar las alturas de equilibrio h₁ y h₂ tenemos que plantear el sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas

• Igualdad de presiones a la misma altura p_A=p_B

• El agua pasa del recipiente izquierdo al recipiente derecho, pero el volumen total de fluido permanece invariable

La solución es h₁=0.124 m=12.4 cm y h₂=0.219 m=21.9 cm

"DENSIDAD Y PESO ESPESIFICO"

Densidad de un líquido

La densidad de un líquido es la cantidad de masa por unidad de volumen y se calcula como el cociente entre esas dos magnitudes. Se suele denominar con la letra griega ρ. Su expresión es la siguiente:

ρ = Densidad [kg/m3]
m = Masa [kg]
v = Volumen [m3]

Unidades de densidad en el Sistema Internacional

En el Sistema Internacional la densidad se mide en kg/m³. También se utilizan otras unidades como g/cm³, kg/L, etc. , siempre tomando unidades de masa sobre unidades de volumen.

Unidades de densidad en otros sistemas

La densidad en el sistema CGS se mide en gr/cm3. En el sistema anglosajón se mide en oz/in³ , lb/in³ , lb/ft³ , etc., siempre tomando unidades de masa sobre unidades de volumen.

Peso específico de un líquido

El peso específico de un fluido se calcula como su peso sobre el volumen.

Pe = Peso específico [N/m3]
P = Peso [N]
v = Volumen [m3]

También podemos calcular el peso específico como la densidad multiplicada por la aceleración de la gravedad.


Pe = Peso específico [N/m3]
ρ = Densidad [kg/m3]
g = Aceleración de la gravedad [m/s2]

Unidad de peso específico en el Sistema Internacional

En el Sistema Internacional el peso específico se mide en N/m3.

Unidades de peso específico en otros sistemas

El peso específico en el sistema CGS se mide en dinas sobre centímetros cúbicos. En el sistema técnico de unidades, el peso específico se mide en kgf/m3. En el sistema anglosajón se mide en libras-fuerzaf3.

"EMPUJE"

Fuerza de empuje y Principio de Arquímedes

Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir  cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba.

Cuando en un vaso lleno de agua sumergimos un objeto, podemos ver que el nivel del líquido sube y se derrama cierta cantidad de líquido. Se puede decir que un cuerpo que flota desplaza parte del agua.

El líquido ejerce fuerza hacia arriba.

Arquímedes , quien era un notable matemático y científico griego, se percató de estas conclusiones mientras se bañaba en una tina, al comprobar cómo el agua se desbordaba y se derramaba, y postuló la siguiente ley que lleva su nombre:

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado.

Cuerpos sumergidos

Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso , que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.

Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico , que es igual a su peso dividido por su volumen .

Entonces, se pueden producir tres casos:

1. si el peso es mayor que el empuje ( P > E ), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.

2. si el peso es igual que el empuje ( P = E ), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

3. Si el peso es menor que el empuje ( P < E ), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.

Cuerpos sumergidos: tres casos.

Ejemplo, con un caso práctico: ¿por qué los barcos no se hunden?

Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua, por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote.

Esto a pesar de que el hierro o acero con que están hechos generalmente los barcos es de peso específico mayor al del agua y se hunde ( un pedazo de hierro en el agua se va al fondo ), pero si consideramos todas las partes del barco incluyendo los compartimientos vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace que éste se mantenga a flote.